इन्फ्रारेड क्या है?

अवरक्त विकिरण (IR), या अवरक्त प्रकाश, एक प्रकार की उज्ज्वल ऊर्जा है जो मानव आंखों के लिए अदृश्य है लेकिन हम गर्मी के रूप में महसूस कर सकते हैं। ब्रह्मांड में सभी वस्तुएं आईआर विकिरण के कुछ स्तर का उत्सर्जन करती हैं, लेकिन सबसे स्पष्ट स्रोतों में से दो सूरज और आग हैं।

आईआर विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक प्रकार है, जब परमाणुओं के अवशोषित होने और फिर ऊर्जा छोड़ने के बाद उत्पन्न होने वाली आवृत्तियों की एक निरंतरता होती है। उच्चतम से निम्नतम आवृत्ति तक, विद्युत चुम्बकीय विकिरण में गामा-किरणें, एक्स-रे, पराबैंगनी विकिरण, दृश्य प्रकाश, अवरक्त विकिरण, माइक्रोवेव और रेडियो तरंगें शामिल हैं। एक साथ, इस प्रकार के विकिरण विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम बनाते हैं।

नासा के अनुसार ब्रिटिश खगोलशास्त्री विलियम हर्शल ने 1800 में अवरक्त प्रकाश की खोज की। दृश्य स्पेक्ट्रम में रंगों के बीच तापमान के अंतर को मापने के लिए एक प्रयोग में, उन्होंने दृश्य स्पेक्ट्रम के प्रत्येक रंग के भीतर प्रकाश के मार्ग में थर्मामीटर रखा। उन्होंने नीले से लाल रंग के तापमान में वृद्धि देखी, और उन्होंने दृश्यमान स्पेक्ट्रम के लाल छोर से परे एक गर्म तापमान माप भी पाया।

विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के भीतर, अवरक्त तरंगें माइक्रोवेव के ऊपर की आवृत्ति पर होती हैं और लाल दृश्यमान प्रकाश के नीचे होती हैं, इसलिए इसका नाम "अवरक्त" है। कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (कैलटेक) के अनुसार, अवरक्त विकिरण की तरंगें दृश्य प्रकाश की तुलना में अधिक लंबी होती हैं। NAS आवृत्तियों के बारे में 3 गीगाहर्ट्ज़ (GHz) से लेकर लगभग 400 टेराहर्ट्ज़ (THz) तक है, और तरंगदैर्घ्य का अनुमान 1,000 माइक्रोमीटर ()m) और 760 नैनोमीटर (2.9921 इंच) के बीच है, हालाँकि ये मान नासा के अनुसार निश्चित नहीं हैं।

दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम के समान, जो वायलेट (सबसे छोटी दृश्य-प्रकाश तरंग दैर्ध्य) से लेकर लाल (सबसे लंबी तरंगदैर्ध्य) तक होता है, अवरक्त विकिरण की तरंगदैर्ध्य की अपनी सीमा होती है। छोटी "निकट-अवरक्त" तरंगें, जो विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम पर दृश्यमान प्रकाश के करीब हैं, किसी भी पता लगाने योग्य गर्मी का उत्सर्जन नहीं करती हैं और चैनलों को बदलने के लिए टीवी रिमोट कंट्रोल से छुट्टी दे दी जाती है। नासा के अनुसार, "दूर-अवरक्त" तरंगें, जो विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम पर माइक्रोवेव अनुभाग के करीब हैं, को तीव्र गर्मी के रूप में महसूस किया जा सकता है, जैसे सूरज की रोशनी या आग से गर्मी।

आईआर विकिरण तीन तरीकों में से एक है गर्मी को एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित किया जाता है, अन्य दो संवहन और चालन हैं। लगभग 5 डिग्री केल्विन (शून्य से 450 डिग्री फ़ारेनहाइट या माइनस 268 डिग्री सेल्सियस) के तापमान के साथ सब कुछ आईआर विकिरण का उत्सर्जन करता है। टेनेसी विश्वविद्यालय के अनुसार, सूर्य अपनी कुल ऊर्जा का आधा भाग IR के रूप में देता है, और तारे का अधिकांश दृश्य प्रकाश अवशोषित और IR के रूप में पुन: उत्सर्जित होता है।

घरेलू उपयोग

हीट लैंप और टोस्टर जैसे घरेलू उपकरण गर्मी को प्रसारित करने के लिए आईआर विकिरण का उपयोग करते हैं, जैसे कि औद्योगिक हीटर जैसे कि सुखाने और इलाज सामग्री के लिए उपयोग किया जाता है। पर्यावरण संरक्षण एजेंसी के अनुसार, तापदीप्त बल्ब अपने विद्युत ऊर्जा इनपुट के केवल 10 प्रतिशत को दृश्य प्रकाश ऊर्जा में बदलते हैं, जबकि अन्य 90 प्रतिशत अवरक्त विकिरण में परिवर्तित हो जाते हैं।

कुछ सौ मीटर या गज की दूरी पर पॉइंट-टू-पॉइंट संचार के लिए इन्फ्रारेड लेजर का उपयोग किया जा सकता है। टीवी रिमोट कंट्रोल जो अवरक्त विकिरण पर भरोसा करते हैं, हाउ स्टफ वर्क्स के अनुसार, टीवी में एक आईआर रिसीवर के लिए एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) से आईआर ऊर्जा के दालों को बाहर निकालता है। रिसीवर प्रकाश दालों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है जो एक माइक्रोप्रोसेसर को प्रोग्राम किए गए कमांड को पूरा करने का निर्देश देता है।

इन्फ्रारेड संवेदन

आईआर स्पेक्ट्रम के सबसे उपयोगी अनुप्रयोगों में से एक संवेदन और पता लगाने में है। पृथ्वी पर सभी वस्तुएँ गर्मी के रूप में IR विकिरण का उत्सर्जन करती हैं। इसका पता इलेक्ट्रॉनिक सेंसर द्वारा लगाया जा सकता है, जैसे कि नाइट विजन गॉगल्स और इन्फ्रारेड कैमरों में इस्तेमाल किया जाता है।

इस तरह के एक सेंसर का एक सरल उदाहरण है बॉयोमीटर, जिसमें कैलिफोर्निया-बर्कले (यूसीबी) विश्वविद्यालय के अनुसार, अपने केंद्र बिंदु पर एक तापमान-संवेदनशील अवरोधक या थर्मिस्टर के साथ एक टेलीस्कोप होता है। यदि एक गर्म शरीर इस उपकरण के दृश्य क्षेत्र में आता है, तो ताप थर्मामीटर के पार वोल्टेज में एक परिवर्तनशील परिवर्तन का कारण बनता है।

नाइट विजन कैमरे एक किलोमीटर के अधिक परिष्कृत संस्करण का उपयोग करते हैं। इन कैमरों में आमतौर पर चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) इमेजिंग चिप्स होते हैं जो आईआर प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं। सीसीडी द्वारा बनाई गई छवि को फिर दृश्य प्रकाश में पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है। इन प्रणालियों को हाथ से पकड़े जाने वाले उपकरणों या पहनने योग्य रात-दृष्टि चश्मे में इस्तेमाल करने के लिए काफी छोटा बनाया जा सकता है। लक्ष्यीकरण के लिए IR लेज़र के साथ या उसके बिना गन जगहें के लिए भी कैमरों का उपयोग किया जा सकता है।

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर सामग्री से आईआर उत्सर्जन को मापता है। किसी पदार्थ का IR स्पेक्ट्रम चारित्रिक डिप्स और चोटियों को दिखाएगा क्योंकि अणुओं में इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रकाश या कणों को अवशोषित या उत्सर्जित किया जाता है क्योंकि कक्षाओं, या ऊर्जा स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉनों का संक्रमण होता है। इस स्पेक्ट्रोस्कोपिक जानकारी का उपयोग तब पदार्थों की पहचान करने और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की निगरानी के लिए किया जा सकता है।

मिसौरी स्टेट यूनिवर्सिटी में भौतिकी के प्रोफेसर रॉबर्ट मायानोविक के अनुसार, फूरियर ट्रांसफॉर्म इंफ्रारेड (FTIR) स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी कई वैज्ञानिक अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक उपयोगी है। इनमें आणविक प्रणालियों और 2 डी सामग्रियों का अध्ययन शामिल है, जैसे कि ग्राफीन।

इन्फ्रारेड खगोल विज्ञान

कैलटेक ने अवरक्त खगोल विज्ञान का वर्णन "ब्रह्मांड में वस्तुओं से उत्सर्जित अवरक्त विकिरण (गर्मी ऊर्जा) का पता लगाने और अध्ययन के रूप में किया है।" आईआर सीसीडी इमेजिंग सिस्टम में अग्रिमों ने अंतरिक्ष में आईआर स्रोतों के वितरण के विस्तृत अवलोकन के लिए अनुमति दी है, नेबुलास, आकाशगंगाओं और ब्रह्मांड के बड़े पैमाने पर संरचना में जटिल संरचनाओं का खुलासा किया है।

आईआर अवलोकन के फायदों में से एक यह है कि यह उन वस्तुओं का पता लगा सकता है जो दृश्य प्रकाश का उत्सर्जन करने के लिए बहुत शांत हैं। इससे धूमकेतु, क्षुद्रग्रह और बुद्धिमान खस्ताहाल धूल के बादलों सहित पूर्व की अज्ञात वस्तुओं की खोज हुई है, जो पूरी आकाशगंगा में प्रचलित हैं।

आईआर एस्ट्रोनॉमी गैस के ठंडे अणुओं का अवलोकन करने और इंटरस्टेलर माध्यम में धूल के कणों के रासायनिक श्रृंगार का निर्धारण करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है, मिसौरी स्टेट यूनिवर्सिटी में खगोल विज्ञान के प्रोफेसर रॉबर्ट पैटरसन ने कहा। ये अवलोकन विशेष सीसीडी डिटेक्टरों का उपयोग करके किए जाते हैं जो आईआर फोटॉन के प्रति संवेदनशील होते हैं।

आईआर विकिरण का एक और लाभ यह है कि इसकी लंबी तरंग दैर्ध्य का मतलब है कि यह नासा के अनुसार दृश्यमान प्रकाश को नहीं बिखेरता है। जबकि दृश्यमान प्रकाश को गैस या धूल के कणों द्वारा अवशोषित या प्रतिबिंबित किया जा सकता है, लंबे समय तक आईआर तरंगें बस इन छोटे अवरोधों के आसपास जाती हैं। इस संपत्ति के कारण, आईआर का उपयोग उन वस्तुओं का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है जिनकी रोशनी गैस और धूल से अस्पष्ट है। इस तरह की वस्तुओं में नव-रूप धारण करने वाले तारे शामिल हैं जो नेबुलास या पृथ्वी की आकाशगंगा के केंद्र में हैं।

इस लेख को 27 फरवरी, 2019 को लाइव साइंस योगदानकर्ता ट्रेसी पेडर्सन द्वारा अपडेट किया गया था।